以太坊階段式同步：重構完全同步模式（Full Sync）_STA

階段式同步（staged sync）重構自 Go-Ethereum 的完全同步模式（full sync），以實現更好的性能。

階段式同步需要進行大量讀寫操作。雖然我們的目標是能夠在機械硬盤上同步節點，但是我們仍建議使用固態硬盤。

顧名思義，階段式同步需要依次執行 10 個階段。

Turbo-Geth 客戶端會向每個對等節點了解該節點的 HEAD 區塊（即最新區塊），然后依次執行每個階段、尋找本地 HEAD 區塊和對等節點的 HEAD 區塊之間缺失的區塊。

第一個階段（下載區塊頭）會設置本地 HEAD 區塊。

各階段會按順序執行。在每個階段執行期間，只有節點本地的狀態達到目標狀態，該階段才會結束。

也就是說，在理想情況下（沒有出現網絡中斷、應用沒有重啟等問題），每個階段只需執行一次，即可完成初始同步。

最后一階段結束后，整個同步流程會重新開始，尋找新的區塊頭下載。

以太坊橋TVL當前為251.2億美元:金色財經報道，Dune Analytics數據顯示，以太坊橋當前TVL達到251.2億美元。其中鎖倉量最高的5個橋分別是Ronin Bridge（81.68億美元）、AvalancheBridge（59.33億美元）、Polygon Bridges（53.88億美元）、Arbitrum Bridges（29.8億美元）、Fantom Anyswap Bridge（20.55億美元）。[2021/11/11 21:43:45]

如果你在兩個階段之間重啟應用，應用會從第一階段開始重啟。

如果你在某個階段執行期間重啟應用，應用會從當前階段開始重啟，以完成該階段。

通過下方的餅狀圖，我們可以看出每個階段的耗時占比（這些都是從完全同步中得出的數據）。雖然這些數據并不精確，但是足以作為參考。

當前以太坊未確認交易數為168400筆:Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易數168400筆。當前挖礦難度5074.36TH，目前平均Gas費為156 Gwei。[2021/2/19 17:31:09]

如果區塊鏈發生重組，我們需要“回退”部分同步數據。

回退指的是從最后一個階段倒退回第一個階段。但是，需要注意的一點是，我們執行完回退之后才會更新交易池，因此我們知道新的 nonce 。

回退的階段順序如下例所示（從右往左依次發生）。

state.unwindOrder = []*Stage{

   // Unwinding of tx pool (reinjecting transactions into the pool needs to happen after unwinding execution)

   stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages, stages,

獨家｜當前以太坊建議Gas費用為87.71Gwei 環比下降31.65%:金色財經消息，據歐科云鏈OKLink鏈上數據顯示，以太坊24h鏈上活躍地址數逾44.06萬，環比上升0.1%；鏈上交易量近356.7萬ETH，環比上升1.02%；鏈上交易筆數逾107.4萬筆，環比下降1.3%。

截至下午2時，以太坊全網算力約為239.52TH/s，環比上升0.45TH/s，建議Gas費用為87.71Gwei，環比下降31.65%，未確認交易數約9.97萬筆。[2020/9/30]

 }

通過 ETL 進行預處理

在將數據插入數據庫之前，一些階段會使用我們的 ETL 框架根據鍵值對數據進行排序。

這樣就可以極大減少數據庫寫入放大（write amplification）的情況。

因此，當我們生成索引或者說哈希值化狀態（Hashed State）時，我們會執行一個多步驟流程。

聲音 | 分析師：以太坊的下一個漲勢可能會讓空頭們緊張不已:以太坊最近的價格走勢與比特幣密切相關，比特幣最近的波動波及到了山寨幣市場，隨后導致ETH和其他加密貨幣出現了看跌走勢。盡管ETH目前價格較近期高位大幅下跌，且昨日出現的投降式拋售似乎暗示，其走勢可能令近期形成的看漲市場結構失效，但有分析師預計ETH將進一步上漲。一旦ETH開始下一個上升趨勢，這種勢頭可能會讓空頭們“汗流浹背”。加密貨幣分析師Alex Krüger最近在其推特賬戶上分享了他對以太坊的這一看法。他指出，對ETH關鍵支撐位的看漲反應可能會讓那些觀望的人緊張不已。（NewsBTC）[2020/2/21]

將處理過的數據寫入位于數據目錄的幾個臨時文件中；

然后使用一個堆棧（heap）把臨時文件中的數據插入到數據庫中，并且使按照能夠最小化數據庫寫入放大現象的順序插入數據。

這種優化有時會將寫入速度提高幾個數量級。

每個階段都包含兩個函數，分別是向前推進階段的ExecFunc 和向后回退階段的 UnwindFunc。

聲音 | 以太坊開發者：“冰河時代”實施存在不必要的復雜性，且在社區交流上很混亂:以太坊開發者已提出了一種名為Muir Glacier的硬分叉，以應對即將到來的“冰河時代”，而這可能會導致以太坊主網的運行速度顯著放緩。冰河時代也被稱為難度炸彈，這段代碼人為地降低了以太坊區塊鏈上區塊的生產速度，因此對那些在以太坊過渡到PoS之后可能選擇繼續使用PoW的礦工起到了威懾作用。然而，根據開發人員James Hancock的說法，現有的冰河時代實施存在一些不必要的復雜性，并且在社區交流上是混亂的。他補充說，對該設計的任何更新都應該能夠以一種簡單明了的方式對網絡的影響進行建模，這種方式很容易預測硬分叉何時會發生。但目前他認為情況并非如此。Hancock進一步指出，以太坊即將進行的硬分叉將“在合理的范圍內”推遲該機制，以便給開發人員時間來決定是更新冰河世紀從而使其表現變得可預測，還是完全刪除它。（Cointelegraph）[2019/12/4]

從理論上來說，部分階段可以離線工作，但是當前版本并未實現這一功能。

階段 1 ：下載區塊頭

在這一階段，我們會下載本地 HEAD 區塊和對等節點的 HEAD 區塊之間的所有區塊頭。

這一階段是 CPU 密集型的，適合使用多核處理器，因為要驗證區塊頭的工作量證明。

由于區塊鏈重組，大多數回退都是在這一階段開始的。

這一階段會推動本地 HEAD 的指針（指向更新的區塊）。

階段 2 ：區塊哈希值

從區塊頭中抽取出一個從區塊哈希值映射成區塊號（blockHash -> blockNumber）的索引表，以支持更快速的查找功能，并讓同步過程對機械硬盤更為友好。

階段 3 ：下載區塊體

在這一階段，我們會將上一階段已下載區塊頭的區塊體也下載下來。

這一階段需要保持良好的聯網連接。絕大多數數據都在這一階段下載。

階段 4 ：復原發送者

這一階段會復原出并存儲每個已下載區塊中的每筆交易的發送者。

這一階段同樣是 CPU 密集型的，適合使用多核處理器。

這一階段不需要聯網。

階段 5 ：執行區塊

在這一階段，我們會執行之前下載的所有區塊中的每一筆交易。

需要注意的一點是，在執行區塊的過程中，我們不會驗證根哈希，甚至不會創建默克爾樹。

這一階段是單線程的，無需聯網，需占用大量磁盤空間。如果區塊執行失敗，可以回退該階段。

階段 6 ：計算狀態根

這一階段會構建默克爾樹，并驗證當前狀態的根哈希。

這一階段也會構建中間哈希值（Intermediate Hashes），并將它們存儲到數據庫中。

如果之前沒有存儲任何中間哈希值（這種情況可能在第一個初始同步期間發生），這一階段會構建出完整的默克爾樹及其根哈希。

如果數據庫中沒有中間哈希值，這一階段就會利用區塊的歷史記錄來弄清楚哪些哈希值已經過時，哪些哈希值是最新的，然后使用最新的哈希值來構建部分默克爾樹，只重構過時的哈希值。

如果根哈希無法匹配，就會向后回退一個區塊。

階段 7 ：生成哈希值化狀態

在執行期間，Turbo-Geth 使用無格式狀態存儲（Plain state storage）。

無格式狀態（Plain State）：在標準狀態（我們稱之為 “哈希值化狀態”）中，賬戶和存儲項的地址是 keccak256(address) ，但是在一般狀態中，二者的地址就是 address 。

盡管如此，為了確保一些 API 能夠正常運作并與其它客戶端保持兼容，我們也會生成哈希值化狀態。

如果哈希值化狀態不是空值，我們會查看歷史記錄變更集（History ChangeSet），并且只更新已更改的項。

這個階段不需要聯網。

階段 8、9、10 ：生成索引

同步期間會生成 3 個索引。

這 3 個索引可能會被禁用，因為所有 API 都不使用它們。

交易查詢索引

該索引表由從交易哈希值到區塊號的映射構成。

賬戶歷史索引

該索引存儲了從賬戶地址到區塊列表（在這些區塊中，該賬戶的狀態有了更改）的映射。

存儲歷史索引

該索引存儲了從存儲項地址到區塊列表（其中，該存儲項在一定程度上有了更改）的映射。

在這一階段，我們會啟動交易池或更新其狀態。例如，如果我們已下載的區塊中包含了某些交易，就把這些交易從交易池中移除。

在回退時，我們會將被回退的區塊中的交易重新添加到交易池中。

原文鏈接:

https://github.com/ledgerwatch/turbo-geth/tree/master/eth/stagedsync

作者: Alex Sharov

翻譯&校對: 閔敏 & 阿劍

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